1818_玩具汽車的逆向造型研究

1818_玩具汽車的逆向造型研究,玩具,汽車,逆向,造型,研究,鉆研 用逆向工程方法來提高模具制造摘要:現(xiàn)代CAD / CAM技術(shù)與五軸高速銑都能降低模具制造時(shí)間和成本。不 過，為了使用模具，仍然經(jīng)常需要操作手冊的精加工和裝配。模具制造商進(jìn)行手工修改銑削模具。逆向工程技術(shù)可控制模具的質(zhì)量， 評估模具加工幾何尺寸和裝配公差。有 時(shí)模具決定加工產(chǎn)品的形狀。在這種情況下，模具制造商可以直接修改模具。因此，最終的模具的幾何形狀并不真正反映一個(gè)原始的CAD模型。本文的目的是要指出非接觸控制質(zhì)量的好處，并在程序的基礎(chǔ)上運(yùn)用逆向工程技術(shù)，來改造和更新的數(shù)學(xué)模型模具的拋光和修改。這一程序通過光掃描儀測試一個(gè)實(shí)體模具的生產(chǎn)。關(guān)鍵詞：CAD建模 逆向工程 模具曲面重建 計(jì)算機(jī)輔助制造1）簡介生產(chǎn)工具（更好地稱為模具）是在制造業(yè)中一個(gè)重要元素。一個(gè)新產(chǎn)品的開發(fā)在設(shè)計(jì)制造模具中是一個(gè)漫長和昂貴的步驟。因此，任何努力都有助于減少模具生產(chǎn)時(shí)間和成本。如今，現(xiàn)代CAD / CAM技術(shù)和五軸高速 銑削都允許：&開始于三 維CAD模具快速設(shè)計(jì)&電火花加工電極的建設(shè)，以克服與幾何形狀上由 銑 刀加工不到的相關(guān)問題&刀具 軌跡由數(shù)控生成，使用策略開 發(fā)可以減少加工 時(shí)間& 材料粗加工時(shí)去除率高&精加工 時(shí)能得到較準(zhǔn)確的尺寸公差和表面粗糙度無論修剪操作被推遲多久使用，在模具投入使用之前，下面的操作仍然經(jīng)常需要& 手工操作，銑削和電火花加工 過程中取得光滑表面 & 裝配，以確保模具的封閉一方面，拋光和裝配保證片的成型，但另一方面，他 們修改腔體表面的方式是數(shù)學(xué)非定義。因此，最終的真實(shí)的模具幾何形狀不反映原始的CAD模型（理想幾何）。 現(xiàn)在的CAD 軟件資源不允許消除這種不協(xié)調(diào)另一個(gè)方面，模具引進(jìn)的微小變化是往往被忽略的。有時(shí)模具需要修改， 經(jīng)過整理來反映產(chǎn)品最終的修改形狀。在這種情況下，模具制造商可直接修改而不更新模具CAD模型。因此，可能出現(xiàn)問題： &模具零部件的裝配過程&模具因磨 損和斷裂需要更換 逆向工程技術(shù)為模具制造商克服一些問題提供了新的機(jī)會(huì)。在最近多年來，非接觸式數(shù)字化設(shè)備已改善，主要表現(xiàn)在每次掃描的準(zhǔn)確性和測點(diǎn)的數(shù)量上。高掃描速度允許用戶在幾秒內(nèi)檢索十萬（甚至幾百萬）份的模具表面。在高密度點(diǎn)云中包含的信息可為模具的質(zhì)量控制和CAD模型的修改提供幫助。 彩色偏差圖，CAD數(shù)據(jù)和點(diǎn)云數(shù)據(jù)之間的比較分析顯示出一個(gè)完整的公差和偏差。這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了坐標(biāo)測量機(jī)（CMM）對一些分散的檢查點(diǎn)的測量。對整體和局部的腔面偏差進(jìn)行評估，來確定加工誤 差，并探 討其原因。在投入使用前對模具型腔表面的顏色偏差地圖的考慮，可能有益于減少了模具制作所需的時(shí)間。檢查的結(jié)果要推廣到整個(gè)數(shù)字表面，而不是僅局限于某一點(diǎn)。明智的措施，可以分析到： ＆定義重新加工策略，當(dāng)真正的模具表面超過了相應(yīng)的CAD模型一些。這意味著材料還有余量，仍然可加工 ; ＆不可恢復(fù)的錯(cuò)誤，檢測并調(diào)查其原因。當(dāng) CAD模型表面超過了相應(yīng)的真正的模具表面一些，這意味著材料沒有余量手工加工或機(jī)加工。在這種情況下，模具不能投入使用，因?yàn)槠涔畛隽?給定的公差誤差。 在另一邊，逆向工程的資源可以通過數(shù)學(xué)模型來更新模具： ＆凸模和凹模模具配件數(shù)碼化，作為點(diǎn)云數(shù)據(jù)的輸出；＆重構(gòu)腔表面; ＆生成的三維CAD模型的模具 本文的目的是顯示出非接觸式測量點(diǎn)的優(yōu)勢。對模具的三維CAD模型經(jīng)過拋光和配合可以更新，這就應(yīng)成為 模具制造商之間的良好實(shí)踐。使用共同的逆向工程技術(shù)和軟件包可以完成這一任務(wù)。 對程序進(jìn)行了建議性的測試，可以驗(yàn)證實(shí)體模具。 2）插入數(shù)字化及檢查（CAD模型） 由一數(shù)控機(jī)床粗銑輕合金完成模具的插入，凹模模腔用電火花完成實(shí)體上的微小溝槽。事實(shí)上，這些尺寸過小的溝槽的加工不能由 銑削完成。在凸模模腔的左半 邊卻沒有被加工，以便它仍然呈現(xiàn)出45° 交叉磨削路徑。另一半是加工后拋光。這種非接觸式掃描儀能夠區(qū)分為兩步完成的操作被引入評估。為了體現(xiàn)非接觸檢測的優(yōu)點(diǎn)，數(shù)字化的模具鑲件所用光學(xué)掃描儀由墨西哥灣有限公司按ATOS標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)。此外，目前為了提高光學(xué)掃描儀的精度和分辨率，部分邊緣點(diǎn)作了大數(shù)目的定義，便于測量。所 選的掃描裝置利用立體視覺，因 為它有兩個(gè)索尼XC75內(nèi)置CCD攝像頭（768 × 572像素/ 8位），其光存儲(chǔ)掃描對象邊緣 的圖像。投影機(jī)在 傳感器的中心位置，其包含10張有順序的幻燈片：4干涉條紋（相移技術(shù)）6個(gè)二進(jìn)制編碼后的灰色圖像。這6位代碼可以區(qū)分26個(gè)視野為64列?？紤]到模具插入整體規(guī)模， 掃描 儀進(jìn)行了標(biāo)定的工作面積為160 毫米× 200毫米。這樣的掃描儀配置的精度為0.06毫米，在設(shè)備上的數(shù)據(jù)表里有顯示。 掃描識(shí)別軟件網(wǎng)是由固定參考標(biāo)記創(chuàng)建的，故多重掃描自動(dòng)注冊在一個(gè)點(diǎn)云內(nèi)。有一個(gè)標(biāo)記中所涉及的領(lǐng)域的缺少了部分?jǐn)?shù)據(jù)，但墨西哥灣的軟件可以完成關(guān)閉這些漏洞的虛擬模型。通過軟 件計(jì)算了在墨西哥灣上的參考標(biāo)記為基礎(chǔ)的網(wǎng)格對齊程序。由Inus 快速成型軟件科技有限公司雇用的模具檢查。 2.1凹模腔檢查 凹模腔數(shù)字化掃描需要12個(gè)點(diǎn)。數(shù)字化數(shù)據(jù)和原始CAD模型之間的比較，顯示了最大偏差在0.84毫米左上型腔。通過CMM的測量可證實(shí)：該型腔深度的偏差結(jié)果為0.85毫米。 在電火花加工中，電極運(yùn)動(dòng)也許并沒有完全垂直于凹模模腔分型面。在電火花加工機(jī)床上一個(gè)不正確的模具的安裝方式，導(dǎo)致個(gè)很小的傾斜是很正常的。在CAD模型正常的分型面上計(jì)算出的傾向考慮到了數(shù)字化的數(shù)據(jù)。 2.2凸模腔檢查 對完全數(shù)字化的凸模模腔來說，九點(diǎn)掃描是必要的。在掃描之間的數(shù)據(jù)和原始CAD模型對照，最大誤差定位在右腔模上。在這一區(qū)域，有銑刀下降而造成的一種輕擦變化。在 CAD數(shù)據(jù)里，在微小溝槽底部邊界有毛刺。凸模的模腔插入是由直徑 為4毫米的數(shù)控球狀銑刀加工，刀具路徑為45 ° 方向與平面對角線平行的軌跡。這種操作不會(huì)允許創(chuàng)建的凹槽底有毛刺。 因此，掃描數(shù)據(jù)顯示，處理槽會(huì)有很大的誤差。還原的差異性的極限 規(guī)模最大誤差多達(dá)0.20毫米。拋光操作已去除了一層非常薄的材料，故造成的偏差小于0.10毫米。3） 模具CAD模型程序的重構(gòu) 在模具CAD模型中，幾何公差（對稱，同心度，平行度，正交等）已被視為制造，裝配和正確的工作的重要資料。在設(shè)計(jì)階段，以及運(yùn)用逆向工程，片功能是非常重要的，它不能被忽略。對于這樣的原因，重建進(jìn)程在很大程度上取決于操作者的經(jīng)驗(yàn)。 為了正確的CAD起始掃描數(shù)據(jù)，需要?jiǎng)?chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)化程序模型的。最重要的步驟是分割的過程， 這是掃描到表面細(xì) 分領(lǐng)域或區(qū)域數(shù)據(jù)。形狀特征支持產(chǎn)品重新設(shè)計(jì)和先進(jìn)的制造技術(shù)。 專門的自動(dòng)程序 軟件尚未需要用戶足夠地干預(yù)，結(jié)果就令人很滿意：他們順利產(chǎn)生的連接、修剪補(bǔ)丁反映了全球的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形狀，但很少會(huì)在表面邊界沿特征線，鋒利的 邊緣，圓角型材等所謂的任意拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的 細(xì)分曲面上，在不理智的 態(tài)度進(jìn)行部分重新設(shè)計(jì)，因?yàn)檫@個(gè)重建進(jìn)程的基礎(chǔ)是三角數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它不會(huì)討論信息是如何細(xì)分的。自動(dòng)曲面重建是相當(dāng)快的，逆向工程 過程的最 終目的是建立一個(gè)不需要作出任何修改它的形狀和質(zhì)量要求的數(shù)字模型。在這種情況下，有時(shí)，三角模型是足 夠的，因?yàn)橛?jì)算機(jī)圖形應(yīng)用STL文件。當(dāng)需要更新的模具或產(chǎn)品三維模型，以保持它的形狀，供進(jìn)一步修改或?qū)碇匦略O(shè)計(jì)，就應(yīng)該使用一個(gè)CAD驅(qū)動(dòng)。重建進(jìn)程的最好的結(jié)果是用逆向工程軟件，用戶建立細(xì)分點(diǎn)云在相同的方式，制造CAD模型，所以用 戶交互仍起著根本性的作用。凸臺(tái)，型腔，孔，倒角和圓角的邊界曲線要被檢測和掃描數(shù)據(jù)定義，但自動(dòng)化功能仍不能令人滿意。事實(shí)上， 軟件的自動(dòng)檢測的，而不是一般的平 穩(wěn)連續(xù)曲線的幾何實(shí)體，只是零散的零部件。 毫無疑問，人類的干預(yù)，使該過程相當(dāng)艱苦和耗時(shí)，但表面質(zhì)量和形狀更容易修改。即使沒有達(dá)到汽車A級(jí)質(zhì) 量，重構(gòu)表面曲率 連續(xù) 的質(zhì)量是良好的，同 時(shí)為所需形狀提供了一個(gè)簡單的數(shù)學(xué)表達(dá)式。越復(fù)雜的曲面重構(gòu)，CAD模型越是難以修改和管理。因此，重要的是要方便細(xì)分掃 描數(shù)據(jù)沿模具或產(chǎn)品的特征線來生成簡單表面的邊界。如果分割過程是人類理性和智慧參與，即需要用戶的干預(yù)，就能得到最好的結(jié)果。 該確定重構(gòu)模具的數(shù)學(xué)模型的程序，實(shí)現(xiàn)了普通的商業(yè)軟件的使用。INUS科技公司由軟件來創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)曲面，并生成NURBS曲面的曲線。程序的開發(fā)通過以下步驟： 1 模具型腔的數(shù)字化模具的一個(gè)最重要的部分是模腔表面。因此，只有重建的模具型腔數(shù)字化，而分型面，可以從原來的CAD模型恢復(fù)，也可能很容易得到CAD模具的型腔。 經(jīng)過整個(gè)型腔的數(shù)字化，多種掃描必須一致，有時(shí)數(shù)據(jù)一定要根據(jù)流程圖。點(diǎn)云功能 處理軟件時(shí)，掃描數(shù)據(jù)是喧鬧的，不光滑。用戶決定是否在整個(gè)數(shù)據(jù)或一個(gè)小區(qū)域內(nèi)使用這種功能。軟件包可計(jì)算和顯示最佳的數(shù)據(jù)來選擇函數(shù)參數(shù)的值，但在特定情況下，用戶不得不依據(jù)經(jīng)驗(yàn)對值進(jìn)行調(diào)整。 2 網(wǎng)絡(luò)曲線創(chuàng)建 這種從表面掃描數(shù)據(jù)集的方法，被稱為網(wǎng)絡(luò)曲線創(chuàng)建表面。它是基于特征曲線，如對稱線，特征線或鋒利的 邊緣線。網(wǎng) 絡(luò)曲線的創(chuàng)建需要用戶交互：用戶通過曲線坐標(biāo)軸或掃描數(shù)據(jù)點(diǎn)插值創(chuàng)建平行截面。正如已經(jīng)解釋，最終的結(jié)果是最好沿同一曲線或邊界劃分，CAD建模時(shí)會(huì)每個(gè)單一的模具表面插入。這些點(diǎn)云首先通過逆向工程軟件生成模具。曲線的定義由用 戶交互引導(dǎo)細(xì)分的過程，并決定該創(chuàng)建多少曲線。如果一個(gè)新的特性曲線（對稱線，特征線， 鋒利的邊緣線 ，圓角輪廓線，邊界曲線等）都可以通過由一個(gè)平行于坐標(biāo)軸切片機(jī)生產(chǎn)，那么生成三角模型要設(shè)置切片機(jī)的位置。在所有其他情況下，尤其是復(fù)雜的剖面，用 戶通過掃描數(shù)據(jù)插值點(diǎn)來創(chuàng)建特征曲線。逆向工程軟件允許進(jìn)一步調(diào)整曲線的插值點(diǎn)的位置，以獲得連續(xù)，平穩(wěn)的幾何實(shí)體。因此，它是依據(jù)用戶的經(jīng)驗(yàn)，決定建立多少網(wǎng)絡(luò)曲線就有多少個(gè)曲面。作為一般規(guī)則，尤其是重建程序的中間步驟復(fù)雜的形狀，曲面要求有更大數(shù)量的曲線。每個(gè)表面延伸取決于關(guān)于對象的細(xì)節(jié)的存在。3 NURBS曲面制作 一個(gè)NURBS曲面生成上一步中定義的補(bǔ)丁。在NURBS曲面的每個(gè)點(diǎn)的參數(shù)方向必須由操作員設(shè)定。根據(jù)10和 20補(bǔ)丁點(diǎn)的參數(shù)方向延展。因點(diǎn)較多而導(dǎo)致過于復(fù)雜的NURBS曲面被納入到三維CAD模型中專用，而一個(gè)下面的平面不足以保證在規(guī)定公差內(nèi)重建誤差。表面生成算法能 夠修剪生成NURBS四個(gè)補(bǔ)丁表面，否則，就修剪 NURBS曲面的創(chuàng)建。 G1連續(xù)能計(jì)算兩種NURBS曲面。某些因素必須對每個(gè)補(bǔ)丁的界限制約，以保證連續(xù)性和鄰近表面相切。 這減少了軟件表面重建算法的自由度。靠近邊界的大補(bǔ)丁不完全適應(yīng)模具表面的曲率變化。因此，分界應(yīng)配合 鋒利模具表面和點(diǎn)云的曲線位置細(xì)分。4模具CAD模型重建 NURBS曲面型腔都轉(zhuǎn)換為IGES格式，并以三維實(shí)體建模為入口。一個(gè)簡單生成實(shí)體模型的模具鑲件的方法來是加入所有的表面，并創(chuàng)造一個(gè)亞平面。對腔體模具而言，問題是，外 側(cè)表面不是平面：在 Z軸的最大邊界差值約為0.10毫米。此外， CAD零部件都加入了表面組成相當(dāng)復(fù)雜的元素。因此，在建立穩(wěn)固的模型操作者未能通過使用亞平面。另一種方法是發(fā)現(xiàn)和測試 。該過程在概念上比較簡單，但它具有個(gè)相當(dāng)辛苦工作的缺陷。該戰(zhàn)略是構(gòu)建根據(jù)流程圖代表每個(gè)NURBS曲面。表面首先復(fù)制并沿成型方向，就關(guān)閉塊建立了的原面和復(fù)制相應(yīng)的邊界曲線直紋面。模腔的實(shí)體模型，加入所有的塊在一起生成。在繪制模具使用CAD軟件在模具分型面的橫向表面15 °傾斜插入嵌件。這種表面的模具在最后一部分的位移提供了正確的封閉指引。完整的CAD模型重建把型腔實(shí)體和模具的基礎(chǔ)平面聯(lián)合起來插入。 5模具CAD模型的修改和更新 直接在模具上介紹了一種審美的變化，以驗(yàn)證上述解釋的重構(gòu)過程。然后用逆向工程更新模具的數(shù)學(xué)模型。凹模模體進(jìn)行改性加工用5毫米直徑的刀具完成縱向槽與球鼻的加工。左半邊腔的新溝是30毫米長，放在 對面的腔體上。腔體外表面，然后與目前的修改反向形狀突出。復(fù)制凸模模型預(yù)測是同樣的。模具數(shù)字化插入修改后，根據(jù)曲線網(wǎng)絡(luò)方法生成模腔表面。表面之間的重建和點(diǎn)云數(shù)據(jù)的最大誤差小于0.03毫米。這樣 的結(jié)果是令人滿意的，每個(gè)補(bǔ)丁較大的偏差局部化。一個(gè)可能的最高 計(jì)算錯(cuò)誤是，在數(shù)字化數(shù)據(jù)鋒利的噪聲申請被過濾為60％（它是由軟件需要一個(gè)值）。使用這樣的精度，對每一個(gè)面（即點(diǎn)之間的NURBS掃描數(shù)據(jù)和相應(yīng)的重建的平均偏差）通常小于千分之十的毫米（10微米），這是腔體的成型公差。用更高的精度值，有 時(shí)，表面生成算法在表面的點(diǎn)或面的計(jì)算生成的，因?yàn)镹URBS曲面有較少的自由度，正確管理過于復(fù)雜的CAD模型。表面產(chǎn)生凹槽的錯(cuò)誤也是相當(dāng)巨大的。也許，一個(gè)最好的 NURBS細(xì)分由凹槽輪廓曲線的方式將得到這樣一個(gè)區(qū)更好的結(jié)果。更新后的凸模CAD模型是通過加入創(chuàng)建實(shí)體由腔表面形成的重建。對凹模的相應(yīng)型腔模具實(shí)體之間布爾減，以保證一個(gè)完美的配合。修改后的母模腔，然后由表面模型掃描數(shù)據(jù)重建。 4）結(jié)果與討論 該文件指出，模具制造商如何通過引入非接觸檢測和逆向工程作為模具制造工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的活動(dòng)而受益。最近非接觸的模具質(zhì)量控制改良提供了模型的尺寸和幾何公差的完整信息，用光學(xué)掃描儀，以便 檢查，然后才將它正確的投入制造 業(yè)。非接觸檢查也可以被用來檢測磨損和模具磨損后的數(shù)周或數(shù)月的連續(xù)運(yùn)行情況。使用積極的成型材料是特別有趣的。另一個(gè)優(yōu)勢來源于最終修改，這些產(chǎn)品的形狀和變化與實(shí)際進(jìn)行更新幾何原本模具CAD模型，是一個(gè)正確的拋光和手工操作的結(jié)果。模具CAD模型更新可以降低制造和修改的時(shí)間，磨損或斷裂的需要被替代。在本文中，一個(gè)交互式程序，重建和更新的模具CAD模型對原始的掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行了測試和驗(yàn)證。掃描階段的一般檢查，接觸很短：模具都被插入在一個(gè)工作日內(nèi)數(shù)字化。表面重建的步驟，以及創(chuàng)建CAD模型，不是很 長 ：他們需要在一個(gè)工作周內(nèi)數(shù)字化。每個(gè)片表面創(chuàng)建是辛苦的。此外，每次該公司為下一個(gè) 補(bǔ)丁進(jìn)行交互。網(wǎng) 絡(luò)的曲線創(chuàng)建，可能不要交流，如果可以選擇一次在所有的補(bǔ)丁表面進(jìn)行自動(dòng)創(chuàng)建。關(guān)模具 CAD模型的創(chuàng)建， 該公司已利用建模功能用IGES轉(zhuǎn)換成實(shí)體表面重建。有時(shí)，要返回到前面的步驟，以減少NURBS的秩序，因?yàn)镃AD軟件包不容易管理過于復(fù)雜的表面。 為了簡化程序，宏可能會(huì)被用來創(chuàng)造每個(gè)堅(jiān)實(shí)的表面。自 動(dòng)化改造模具數(shù)學(xué)模型的過程可以成為今后進(jìn)一步研究的活動(dòng)， 這無疑需要以網(wǎng)絡(luò)軟件算法改進(jìn)為起點(diǎn)自動(dòng)建立實(shí)際的曲線。 毫無疑問，現(xiàn)在，一個(gè)模具或產(chǎn)品可以在短的時(shí)間通過自動(dòng)曲面重建功能得到，但由此生成的模具往往質(zhì)量較低，其形狀需進(jìn)一步的修改，因此制造起來很難。它代表了在最終要求的情況下得到很好的折衷解決。當(dāng)需要更新的模具或產(chǎn)品三維模型時(shí)，以保持它可用于未來的重新設(shè)計(jì)，然后是基本的和人為的干預(yù)過程時(shí)間較長。民航處驅(qū)動(dòng)的辦法應(yīng)該是在這種情況下使用更高質(zhì)量的型號(hào)和物體形狀容易的修改。另一個(gè)的例子，建議程序大 規(guī)模適用逆向工程定制產(chǎn)品：為兒童滑雪啟動(dòng)。一個(gè)掃描數(shù)據(jù)可以由用戶交互的手段定義網(wǎng)絡(luò)的曲線細(xì)分，生成最后高品質(zhì)的CAD模型。 事實(shí)上，以原始掃描數(shù)據(jù)重建的數(shù)學(xué)模型，平均偏差小于0.01毫米。此外，通 過適當(dāng)?shù)姆指?，靈活的灰色部分的表面從啟動(dòng)系統(tǒng)中分離，因此， 這兩個(gè)部分可以單獨(dú)重新設(shè)計(jì)滑雪啟動(dòng)形狀修改。在逆向工程重建過程中的關(guān)鍵步驟是掃描數(shù)據(jù)分割，其中通過人類理性和經(jīng)驗(yàn)來開發(fā)高質(zhì)量的數(shù)學(xué)模型是至關(guān)重要的。用戶用這種自動(dòng)分割，可替代復(fù)雜的專用系統(tǒng) 。 然而，在不久的將來，越來越先進(jìn)的軟件算法，將 簡 化了模具 CAD 模型。模具制造商，將普遍的采取逆向工程來更新程序有很大的競爭優(yōu)勢。